RU2215050C1 - Method of refining ore raw material and device for realization of this method - Google Patents

Method of refining ore raw material and device for realization of this method Download PDF

Info

Publication number
RU2215050C1
RU2215050C1 RU2002132247A RU2002132247A RU2215050C1 RU 2215050 C1 RU2215050 C1 RU 2215050C1 RU 2002132247 A RU2002132247 A RU 2002132247A RU 2002132247 A RU2002132247 A RU 2002132247A RU 2215050 C1 RU2215050 C1 RU 2215050C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
furnace
ore
melting
fragments
low
Prior art date
Application number
RU2002132247A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
А.С. Барашков
А.А. Вертман
Ю.А. Минаев
Original Assignee
Барашков Александр Станиславович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Барашков Александр Станиславович filed Critical Барашков Александр Станиславович
Priority to RU2002132247A priority Critical patent/RU2215050C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2215050C1 publication Critical patent/RU2215050C1/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20Recycling

Landscapes

  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy; ecologically pure process of production of magnesium from dolomite raw material and other valuable metals or metalloids possessing toxicity and self- ignition capacity in oxidizing medium. SUBSTANCE: proposed method includes grinding and mixing of ore material with powder of iron alloys containing 45 to 75% of silicon followed by compacting mixture in briquettes. Fragments of magneto-conducting metals are placed between layers. Then, furnace is sealed-up and evacuated at residual pressure of from 0.1 to 1.0 mm Hg, after which vacuum silicothermal reduction is performed in the course of contact heating of briquettes from fragments of magneto-conducting materials. After reduction, condensate of low- melting product is molten for obtaining cast blank and ore residue is withdrawn from furnace. Device includes vacuum induction furnace with bottom, ore reside receiving unit, condenser, auxiliary hermetic reservoir with ingot and external heater and molten metal seals which contain medium at melting point of 90 to 130 C. Bottom is hermetically connected with furnace and condenser is hermetically connected with furnace and auxiliary reservoir by means of molten metal seals. EFFECT: increased specific productivity due to reduction of technological processes; reduced labor consumption; enhanced reliability and fire protection. 4 cl, 1 dwg, 2 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к металлургии легкоплавких металлов или металлоидов, например к экологически чистому производству магния из повсеместно распространенного доломитового сырья, безопасному производству фосфора из фосфоритов для получения удобрений в химической промышленности, а также других ценных металлов или металлоидов, отличающихся токсичностью и способностью самовозгорания в окислительной среде. The invention relates to the metallurgy of low-melting metals or metalloids, for example, to the environmentally friendly production of magnesium from ubiquitous dolomite raw materials, the safe production of phosphorus from phosphorites for the production of fertilizers in the chemical industry, as well as other valuable metals or metalloids characterized by toxicity and the ability to spontaneous combustion in an oxidizing environment.

Аналогами первого объекта предложенного изобретения являются способ металлотермического восстановления рудного сырья, включающий размещение и нагрев смеси реагентов в футерованных реакторах или ретортах из жаропрочной стали (Самсонов Г.В., Перминов В.П. Магниетермия. М., Металлургия, 1971, с. 137-171), а также способ восстановления магния из его оксида силикоалюминием в электропечах без использования вакуума (RU 2149198 С1, 14.06.2002). Analogues of the first object of the proposed invention are a method of metallothermal reduction of ore raw materials, including the placement and heating of a mixture of reactants in lined reactors or retorts made of heat-resistant steel (Samsonov G.V., Perminov V.P. Magnetermia. M., Metallurgy, 1971, p. 137 -171), as well as a method for the reduction of magnesium from its oxide by silicoaluminium in electric furnaces without using a vacuum (RU 2149198 C1, 06/14/2002).

Недостатками этих способов являются низкая производительность за счет медленного опосредованного прогрева шихты и высокая энергозатратность. The disadvantages of these methods are low productivity due to the slow indirect heating of the charge and high energy consumption.

Прототипом первого объекта предложенного изобретения является способ передела рудного сырья, содержащего соединения легкоплавкого металла - магния, основанный на металлотермическом восстановлении магния в вакууме силикоалюминием из смеси оксидов магния и кальция (Стрелец Х.Л., Тайц А.Ю., Гуляницкий Б.С. Металлургия магния. М., Металлургиздат, 1960, с.332). The prototype of the first object of the proposed invention is a method for the redistribution of ore raw materials containing compounds of low-melting metal - magnesium, based on metallothermal reduction of magnesium in a vacuum by silicoaluminium from a mixture of magnesium and calcium oxides (Strelets Kh.L., Taits A.Yu., Gulyanitsky B.S. Metallurgy of Magnesium. M., Metallurgizdat, 1960, p.332).

Недостатками этого способа являются низкая производительность за счет медленного опосредованного прогрева шихты и энергозатратность, а также удорожание способа за счет использования дорогого восстановителя - силикоалюминия. The disadvantages of this method are low productivity due to the slow indirect heating of the charge and energy consumption, as well as the cost of the method due to the use of an expensive reducing agent - silicoaluminum.

Аналогом второго объекта предложенного изобретения является устройство для получения магния, содержащее однофазную герметичную электрическую печь с графитовыми электродами, футерованную магнезитовым кирпичом. Печь соединена вакуумной системой с камерой конденсации и с изложницей (RU 2149198 С1, 14.06.2002). An analogue of the second object of the proposed invention is a device for producing magnesium, containing a single-phase sealed electric furnace with graphite electrodes, lined with magnesite brick. The furnace is connected by a vacuum system to a condensation chamber and to a mold (RU 2149198 C1, 06/14/2002).

Недостатками устройства являются краткосрочный ресурс оборудования, сложность и опасность обслуживания и высокие энергозатраты. The disadvantages of the device are the short-term resource of the equipment, the complexity and danger of maintenance and high energy consumption.

Прототипом второго объекта предложенного изобретения является устройство для передела рудного сырья, содержащего соединения легкоплавкого металла - магния, включающее герметичную электрическую вакуумную печь с графитовыми электродами, футерованную магнезитовым кирпичом. Печь соединена вакуумной системой с камерой конденсации и с изложницей (Стрелец Х.Л., Тайц А.Ю., Гуляницкий Б.С. Металлургия магния. М., Металлургиздат, 1960, с.332). The prototype of the second object of the proposed invention is a device for the redistribution of ore raw materials containing compounds of low-melting metal - magnesium, including a sealed electric vacuum furnace with graphite electrodes, lined with magnesite brick. The furnace is connected by a vacuum system to a condensation chamber and to a mold (Strelets Kh.L., Taits A.Yu., Gulyanitsky BS. Metallurgy of magnesium. M., Metallurgizdat, 1960, p.332).

Недостатками этого устройства также являются краткосрочный ресурс оборудования, сложность и опасность обслуживания и высокие энергозатраты. The disadvantages of this device are also the short-term resource of the equipment, the complexity and danger of maintenance and high energy consumption.

В первом объекте изобретения достигается технический результат, заключающийся в повышении удельной производительности за счет сокращения количества технологических операций при значительном сокращении трудовых затрат, снижении энергозатрат, получении легкоплавкого продукта более высокой чистоты, повышении пожарной и экологической безопасности производства за счет изменения технологической схемы, сокращения времени технологического цикла путем сокращения времени нагрева. In the first aspect of the invention, a technical result is achieved by increasing the specific productivity by reducing the number of technological operations while significantly reducing labor costs, reducing energy costs, obtaining a fusible product of higher purity, increasing fire and environmental safety of production by changing the technological scheme, reducing the technological time cycle by reducing heating time.

Указанный технический результат достигается следующим образом. The specified technical result is achieved as follows.

Способ передела рудного сырья, содержащего соединения легкоплавких металлов или металлоидов, заключается в том, что измельченное рудное сырье смешивают с порошком сплавов железа, содержащих 45-75% кремния. The method of redistribution of ore raw materials containing compounds of fusible metals or metalloids, is that the crushed ore raw materials are mixed with a powder of iron alloys containing 45-75% silicon.

Смесь компактируют в брикеты, которые послойно загружают в вакуумную индукционную печь. Между слоями размещают фрагменты из магнитопроводящих металлов. Затем осуществляют герметизацию печи и ее вакуумирование при остаточных давлениях от 0,1 до 1,0 мм рт.ст. В печи проводят вакуумное силикотермическое восстановление рудного сырья в процессе контактного прогрева брикетов от фрагментов из магнитопроводящих металлов, нагреваемых токами Фуко до температур, обеспечивающих максимальную скорость испарения легоплавкого продукта без перегрева его паров. После завершения восстановления конденсат легкоплавкого продукта расплавляют с получением литой заготовки, а рудный остаток извлекают из печи. The mixture is compacted into briquettes, which are loaded in layers into a vacuum induction furnace. Fragments of magnetically conductive metals are placed between the layers. Then carry out the sealing of the furnace and its evacuation at residual pressures from 0.1 to 1.0 mm RT.article. Vacuum silicothermal reduction of ore raw materials is carried out in the furnace in the process of contact heating of briquettes from fragments of magnetically conductive metals heated by Foucault currents to temperatures ensuring the maximum evaporation rate of a low-melting product without overheating of its vapor. After completion of the recovery, the condensate of the low-melting product is melted to obtain a cast billet, and the ore residue is removed from the furnace.

Фрагменты из магнитопроводящих металлов используют в количестве 20-40 мас.% от массы шихты. Fragments of magnetic metals are used in an amount of 20-40 wt.% By weight of the mixture.

Расплавление конденсата легкоплавкого продукта осуществляют в инертной среде при нагреве до температуры, на 10-15% превышающей температуру плавления легкоплавкого продукта. The condensate of the fusible product is melted in an inert medium when heated to a temperature 10-15% higher than the melting point of the fusible product.

Во втором объекте изобретения достигается технический результат, заключающийся в повышении надежности оборудования за счет многократного использования футеровки печи, повышении производительности устройства и снижении его энергозатратности. In the second object of the invention, a technical result is achieved, which consists in increasing the reliability of the equipment due to the repeated use of the furnace lining, increasing the productivity of the device and reducing its energy consumption.

Указанный технический результат достигается следующим образом. The specified technical result is achieved as follows.

Устройство для передела рудного сырья, содержащего соединения легкоплавких металлов или металлоидов, включает вакуумную индукционную печь с днищем. Днище установлено с возможностью перемещения относительно направляющих стоек блока приема рудных остатков и герметичного сочленения с корпусом вакуумной индукционной печи с помощью жидкометаллического затвора. A device for the redistribution of ore raw materials containing compounds of fusible metals or metalloids, includes a vacuum induction furnace with a bottom. The bottom is installed with the ability to move relative to the guide racks of the ore residue receiving unit and hermetically sealed to the casing of the vacuum induction furnace using a liquid metal shutter.

Устройство содержит также конденсатор, установленный над корпусом вакуумной индукционной печи с возможностью перемещения относительно него и герметичной вспомогательной емкости и герметичного сочленения с ними с помощью жидкометаллических затворов. Вспомогательная емкость снабжена изложницей и внешним нагревателем. Все жидкометаллические затворы содержат среду с температурой плавления 90-130oС.The device also contains a capacitor mounted above the casing of the vacuum induction furnace with the possibility of moving relative to it and a sealed auxiliary tank and sealed articulation with them using liquid metal gates. The auxiliary tank is equipped with a mold and an external heater. All liquid metal gates contain a medium with a melting point of 90-130 o C.

Изобретение поясняется чертежом, где схематически представлено предложенное устройство для передела рудного сырья, содержащего соединения легкоплавких металлов или металлоидов. The invention is illustrated by the drawing, which schematically shows the proposed device for the redistribution of ore raw materials containing compounds of low-melting metals or metalloids.

На чертеже показаны вакуумная индукционная печь 1 с индуктором 2 и днищем 3. Днище 3 установлено с возможностью перемещения относительно направляющих стоек 4 блока 5 приема рудных остатков, снабженного толкателем 6 рудного остатка, сбрасывающим его, например, в помольное устройство. Днище 3 герметично сочленено с корпусом вакуумной индукционной печи 1 с помощью жидкометаллического затвора 7. The drawing shows a vacuum induction furnace 1 with an inductor 2 and a bottom 3. The bottom 3 is mounted with the possibility of movement relative to the guide posts 4 of the ore residue receiving unit 5, equipped with a pusher 6 of the ore residue, dumping it, for example, into a grinding device. The bottom 3 is hermetically articulated with the casing of the vacuum induction furnace 1 using a liquid metal shutter 7.

Устройство содержит также конденсатор 8 с охлаждением 9 с регулируемой скоростью охлаждения, предназначенный для сбора возгона легкоплавкого продукта 10. Конденсатор 8 установлен над корпусом вакуумной индукционной печи 1 с возможностью перемещения и поворота относительно него и герметичной вспомогательной емкости 11 с помощью механизма 12 перемещения и поворота и герметичного сочленения с ними с помощью жидкометаллических затворов 13, 14. Вспомогательная емкость 11 снабжена изложницей 15 и внешним нагревателем 16. Все жидкометаллические затворы 7, 13, 14 содержат среду с температурой плавления 90-130oС.The device also contains a condenser 8 with cooling 9 with an adjustable cooling rate, designed to collect the sublimation of the low-melting product 10. The condenser 8 is mounted above the housing of the vacuum induction furnace 1 with the possibility of movement and rotation relative to it and a sealed auxiliary tank 11 using the mechanism 12 of the movement and rotation and tight joints with them using liquid metal shutters 13, 14. The auxiliary tank 11 is equipped with a mold 15 and an external heater 16. All liquid metal shutters Orae 7, 13, 14 comprise a medium with a melting point of 90-130 o C.

В верхней части печи 1 установлен тепловой перфорированный экран 17 и вакуумопровод 18 для отвода газов. Внутрь печи 1 послойно загружают брикеты перерабатываемого сырья, а между слоями размещают фрагменты 19 из магнитопроводящих металлов. На чертеже показано также днище 3 в положении разгрузки рудного остатка 20 после окончания процесса восстановления. In the upper part of the furnace 1 there is a thermal perforated screen 17 and a vacuum pipe 18 for venting gases. Inside the furnace 1, briquettes of processed raw materials are loaded in layers, and fragments 19 of magnetically conductive metals are placed between the layers. The drawing also shows the bottom 3 in the unloading position of the ore residue 20 after the recovery process.

Способ передела рудного сырья, содержащего соединения легкоплавких металлов или металлоидов, с помощью предложенного устройства осуществляют следующим образом. The method of redistribution of ore raw materials containing compounds of fusible metals or metalloids using the proposed device is as follows.

Стехиометрическую смесь измельченного рудного сырья, содержащего соединения легкоплавких металлов или металлоидов и восстановителя в виде порошка сплавов железа с 45-75 мас.% кремния (ферросилиция), компактируют в брикеты, которые послойно загружают в вакуумную индукционную печь 1. Между слоями размещают фрагменты 19 из магнитопроводящих металлов в количестве 20-40 мас. % от массы брикетов. Загруженную таким образом шихтой печь 1 герметизируют и начинают вакуумное силикотермическое восстановление рудного сырья. A stoichiometric mixture of crushed ore raw materials containing compounds of low-melting metals or metalloids and a reducing agent in the form of a powder of iron alloys with 45-75 wt.% Silicon (ferrosilicon) is compacted into briquettes, which are layer by layer loaded into a vacuum induction furnace 1. Fragments 19 of magnetic conductive metals in an amount of 20-40 wt. % of the mass of briquettes. Loaded in this way, the furnace furnace 1 is sealed and vacuum silicothermic reduction of the ore material is started.

Нагрев шихты до температур, обеспечивающих максимальную скорость испарения легоплавкого продукта без перегрева его паров, при давлении в объеме печи 1 от 0,1 до 1,0 мм рт.ст. достигается за счет токов Фуко, которые генерируются индуктором 2 в магнитопроводящих компонентах - фрагментах 19 и ферросилиции, которые в свою очередь контактно прогревают рудное сырье. The mixture is heated to temperatures ensuring the maximum evaporation rate of the low-melting product without overheating of its vapor, with a pressure in the furnace volume of 1 from 0.1 to 1.0 mm Hg. achieved due to Foucault currents, which are generated by the inductor 2 in the magnetically conductive components - fragments 19 and ferrosilicon, which in turn contact heat the ore raw materials.

Таким образом, нагрев немагнитопроводной части шихты достигается за счет наличия в ней химически пассивных фрагментов 19 из магнитопроводящих металлов, имеющих высокую тепло- и магнитопроводность. Этот прием существенно снижает расходы на печной агрегат, так как исключает необходимость применения жаропрочных сплавов или дорогостоящих огнеупоров для футеровки вакуумных печей, а также сокращает производственное время на нагрев шихты и обеспечивает равномерность прогрева. Thus, the heating of the non-magnetic part of the charge is achieved due to the presence in it of chemically passive fragments 19 of magnetically conductive metals having high heat and magnetic conductivity. This technique significantly reduces the cost of the furnace unit, since it eliminates the need for heat-resistant alloys or expensive refractories for lining vacuum furnaces, and also reduces the production time for heating the charge and ensures uniform heating.

При снижении доли фрагментов 19 менее 20% время прогрева шихты увеличивается более чем в два раза. Увеличение доли более 40% уменьшает долю рудного сырья и в 1,3-1,5 раза снижает выход легколетучего продукта. With a decrease in the fraction of fragments 19 of less than 20%, the charge heating time increases more than twofold. An increase in the proportion of more than 40% reduces the share of ore raw materials and 1.3-1.5 times reduces the yield of volatile product.

Использование вакуума позволяет снизить расчетное количество восстановителя и увеличить выход легколетучего продукта при снижении затрат. Using vacuum allows you to reduce the estimated amount of reducing agent and increase the yield of volatile product while reducing costs.

Пары легколетучего продукта, образующегося при нагреве шихты, отводятся из печи 1 через экран 17 в конденсатор 8 с охлаждением 9. Vapors of a volatile product formed during heating of the charge are discharged from the furnace 1 through the screen 17 into the condenser 8 with cooling 9.

Герметичная емкость печи 1 продувается азотом с целью ускорения охлаждения пирофорных продуктов. The sealed capacity of the furnace 1 is purged with nitrogen in order to accelerate the cooling of pyrophoric products.

Затем расплавляют затвор 13 и с помощью механизма 12 осуществляют в верхнем положении подъема конденсатора 8 его поворот на 180o и ввод в затвор вспомогательной емкости 11. С помощью внешнего нагревателя 16 производят нагрев стенок конденсатора 8 до температуры, на 10-15% превышающей температуру плавления легкоплавкого продукта, и расплавление конденсата легкоплавкого продукта в инертной среде. Расплавленный продукт стекает в изложницу 15, где формируется литая заготовка.Then the shutter 13 is melted and, using the mechanism 12, the condenser 8 is raised in the upper position by 180 ° and the auxiliary tank 11 is introduced into the shutter 11. Using the external heater 16, the walls of the condenser 8 are heated to a temperature 10-15% higher than the melting temperature low-melting product, and melting of the condensate of the low-melting product in an inert medium. The molten product flows into the mold 15, where a cast billet is formed.

С целью повышения надежности герметизации-разгерметизации элементов в устройстве используют жидкометаллические затворы 7, 13, 14, заполненные сплавом Pb-Bi (tпл. 130oС), снабженные нагревателями и системой охлаждения, которые управляются дистанционно. В нужные моменты технологического процесса среда, заполняющая затворы 7, 13, 14, расплавляется, что позволяет перемещать днище 3 и конденсатор 8 печи 1.In order to increase the reliability of sealing-depressurization of elements in the device, liquid metal shutters 7, 13, 14 filled with Pb-Bi alloy (mp 130 ° C), equipped with heaters and a cooling system that are remotely controlled, are used. At the necessary moments of the technological process, the medium filling the gates 7, 13, 14 is melted, which allows the bottom 3 and the condenser 8 of the furnace 1 to be moved.

Опускание днища 3 печи 1 в нижнее положение обеспечивает извлечение рудного остатка из конического тигля печи 1, а дистанционный, двойной поворот днища 3 приводит к сбросу материалов на решетку с целью отделения магнитной (стальной) фракции, пригодной для утилизации переплавом с получением ценной товарной продукции в виде отливок из высокопрочного чугуна. Lowering the bottom 3 of the furnace 1 to the lower position ensures the extraction of ore residue from the conical crucible of the furnace 1, and a remote, double rotation of the bottom 3 leads to the discharge of materials onto the grate in order to separate the magnetic (steel) fraction suitable for recycling by remelting to obtain valuable commercial products in in the form of castings from ductile iron.

Пример
В качестве рудного сырья используют материалы, содержащие обожженный доломит с добавлением в качестве восстановителя ферросилиция.
Example
As ore raw materials, materials containing calcined dolomite with the addition of ferrosilicon as a reducing agent are used.

В конический тигель вакуумной индукционной печи 1 с внутренним диаметром ≈800 мм, высотой ≈1200 мм, объемом ≈600 л, выполненный из жаростойкого цемента, послойно загружают лом черных металлов 400 кг (50 л) и 1,5 т (500 л) брикетов стехиометрической смеси обожженного доломита с 45% ферросилицием в соотношении 24: 7 массовых частей. Проводят индукционный нагрев фрагментов шихты из магнитопроводящих металлов до 1300-1450oС и контактный прогрев брикетов до 1200-1350oС при остаточном давлении от 0,1 до 1,0 мм рт.ст с целью развития реакции вакуумного силикотермического восстановления:

Figure 00000002

Проведенные опыты позволили установить оптимальный температурный режим зависимости выхода магния (% от теоретического) от температуры процесса. (Таблица 1). Нижний температурный предел отвечает началу твердофазного взаимодействия материалов шихты. Максимальная скорость процесса достигается при температурах 1200-1500oС. Однако увеличение температуры сверх 1400±50oС приводит к резкому увеличению скорости процесса, увеличению количества перегретых паров магния, которые осаждаются, помимо конденсатора, также на элементах конструкции печи, что приводит к безвозвратным потерям продукта и снижению его выхода. Из этих данных следует, что оптимальным для проведения способа является температурный интервал 1200-1350oС.Into a conical crucible of a vacuum induction furnace 1 with an internal diameter of ≈800 mm, a height of ≈1200 mm, and a volume of ≈600 l, made of heat-resistant cement, 400 kg (50 l) and 1.5 t (500 l) of briquettes are scrap-loaded with ferrous metals a stoichiometric mixture of calcined dolomite with 45% ferrosilicon in a ratio of 24: 7 mass parts. Induction heating of fragments of a charge of magnetically conductive metals is carried out to 1300-1450 o C and contact briquettes are heated to 1200-1350 o C at a residual pressure of 0.1 to 1.0 mm Hg in order to develop a vacuum silicothermic reduction reaction:
Figure 00000002

The experiments performed allowed us to establish the optimal temperature regime for the dependence of the yield of magnesium (% of theoretical) on the process temperature. (Table 1). The lower temperature limit corresponds to the onset of solid-phase interaction of the charge materials. The maximum process speed is achieved at temperatures of 1200-1500 o C. However, an increase in temperature in excess of 1400 ± 50 o C leads to a sharp increase in the process speed, an increase in the number of superheated magnesium vapor, which are deposited, in addition to the condenser, also on the structural elements of the furnace, which leads to irrevocable product losses and reduced yield. From these data it follows that the optimal temperature for the method is the temperature range 1200-1350 o C.

Химическая инертность лома железа подтверждается проведенными термодинамическими расчетами. Для реакций силикотермического восстановления обожженного доломита с образованием силикатов железа (типа Fе2SiO4, Fe3SiO5) и даже железокальциевого силиката (реакция 1) и силиката кальция (реакция 2) энергия Гиббса имеет большое положительное значение в рассматриваемом интервале температур, т.е. эти реакции не осуществляются (см. Таблицу 2). Термодинамическим преимуществом обладают реакции, проходящие с образованием сложных кальций-магниевых силикатов, имеющие наиболее низкие значения энергии Гиббса.The chemical inertness of iron scrap is confirmed by thermodynamic calculations. For silicothermal reduction reactions of calcined dolomite with the formation of iron silicates (type Fe 2 SiO 4 , Fe 3 SiO 5 ) and even iron-calcium silicate (reaction 1) and calcium silicate (reaction 2), the Gibbs energy is of great positive value in the temperature range under consideration, i.e. e. these reactions are not carried out (see Table 2). The reactions taking place with the formation of complex calcium-magnesium silicates with the lowest Gibbs energy have a thermodynamic advantage.

Важной особенностью предложенного способа является изменение качества восстановителей при использовании порошкообразного ферросилиция и использование вакуума. В известных способах в шихте используют обожженный доломит и в качестве восстановителя - ферросилиций без использования добавок фрагментов из магнитопроводящих металлов (стального лома) и вакуума. Принято считать, что процесс развивается по реакции 2 (см. Таблицу 2). Это требует повышения затрат на увеличенное количество ферросилиция согласно стехиометрии реакций (см. список реакций в Таблице 2), приводит к снижению доли окиси магния в шихте и, следовательно, к снижению выхода возгонов магния. Приведенные в Таблице 2 расчеты показывают, что в процессе восстановления по предложенному способу идут реакции 3 и 4, имеющие минимальные значения энергии Гиббса ΔGo. Следовательно, снижается расчетное количество восстановителя и увеличивается выход магния при снижении затрат. Кроме того, термодинамические оценки в приближении идеальных газов подтверждают, что использование вакуума увеличивает выход возгонов магния.An important feature of the proposed method is the change in the quality of the reducing agents when using powdered ferrosilicon and the use of vacuum. In the known methods, burnt dolomite is used in the charge, and ferrosilicon is used as a reducing agent without the use of additives of fragments from magnetically conductive metals (steel scrap) and vacuum. It is believed that the process develops according to reaction 2 (see Table 2). This requires an increase in the cost of an increased amount of ferrosilicon according to the stoichiometry of the reactions (see the list of reactions in Table 2), leads to a decrease in the proportion of magnesium oxide in the charge and, therefore, to a decrease in the yield of magnesium sublimates. The calculations in Table 2 show that in the recovery process according to the proposed method, reactions 3 and 4 are carried out, having minimal Gibbs energy ΔG o . Consequently, the estimated amount of reducing agent decreases and the yield of magnesium increases while reducing costs. In addition, thermodynamic estimates in the ideal gas approximation confirm that the use of vacuum increases the yield of magnesium sublimates.

Далее отводят ≈170 кг паров магния, образующихся при нагреве шихты по реакции 4, в охлаждаемый конденсатор и продувают герметичную емкость печи азотом с целью ускорения охлаждения пирофорных продуктов. Next, ≈170 kg of magnesium vapor, which is formed by heating the mixture by reaction 4, is taken into a cooled condenser and the hermetic capacity of the furnace is purged with nitrogen to accelerate the cooling of pyrophoric products.

Расплавляют жидкометаллические затворы 13, 14, поворачивают конденсатор 8 и герметично соединяют его со вспомогательной емкостью 11 для безокислительного расплавления кристаллов (друз) магния. Liquid metal shutters 13, 14 are melted, the capacitor 8 is turned and hermetically connected to the auxiliary tank 11 for non-oxidative melting of magnesium crystals (drusen).

Расплавляют жидкометаллический затвор 7, опускают днище 3 печи 1 со спеком шихты и сбрасывают последнее в помольное устройство с целью последующего разделения металлической и оксидной фаз. The liquid metal shutter 7 is melted, the bottom 3 of the furnace 1 with the cake mixture is lowered and the latter is dumped into the grinding device for the purpose of subsequent separation of the metal and oxide phases.

Нагревают герметичный конденсатор 8 внешним нагревателем 16 до температуры 670-680oС, осуществляют кристаллизацию жидкого магния в конической изложнице 15 и извлекают слиток массой ≈170 кг (9,8 л).The hermetic condenser 8 is heated by an external heater 16 to a temperature of 670-680 o C, crystallization of liquid magnesium is carried out in a conical mold 15 and an ingot weighing ≈170 kg (9.8 l) is removed.

Возвращают днище 3 в штатную позицию, герметично соединяют его с корпусом печи 1 и загружают свежую порцию шихты. The bottom 3 is returned to the standard position, hermetically connected to the furnace body 1 and a fresh portion of the charge is loaded.

Возвращают конденсатор 8 в штатную позицию, герметично соединяют его с корпусом печи 1 и таким образом подготавливают устройство к следующему циклу. Return the capacitor 8 to its original position, hermetically connect it to the furnace body 1 and thus prepare the device for the next cycle.

Изобретение обеспечивает безопасное производство, например, магния в количестве 0,65-0,70 т/сутки (250 т/год), причем для максимального повышения уровня пожарной безопасности печь и блоки сублимации могут быть размещены в автономной защитной камере. The invention ensures the safe production of, for example, magnesium in an amount of 0.65-0.70 t / day (250 t / year), and to maximize the fire safety level, the furnace and sublimation units can be placed in a stand-alone protective chamber.

Наиболее экономически эффективно использование мини-комплексов, снабженных группой из 4-8 предложенных устройств и оборудованием для утилизации технологических отходов. The most cost-effective use of mini-complexes equipped with a group of 4-8 proposed devices and equipment for the disposal of technological waste.

В рассмотренном конкретном примере выход стальных фрагментов достигает 0,44 т за операцию или 1,75 т/сутки, причем переплав, науглероживание и модифицирование металла во вспомогательной печи, обслуживающей группу предложенных устройств, позволяет получать до 1,85 т (2,6 т/т Mg) кокильных отливок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, стоимость которых достигает 35-45% стоимости основного продукта (слитки магния). In the considered specific example, the yield of steel fragments reaches 0.44 t per operation or 1.75 t / day, and remelting, carburizing and metal modification in an auxiliary furnace serving the group of the proposed devices allows to obtain up to 1.85 t (2.6 t / t Mg) chill castings of ductile iron with spherical graphite, the cost of which reaches 35-45% of the cost of the main product (magnesium ingots).

Отходы в виде силиката кальция (см. реакцию 4) в количестве до 0,6 т за операцию используются в качестве наполнителя (30%) бетонной смеси (2,0 т) при изготовлении строительных блоков, что исключает образование отвалов и дает дополнительный экономический эффект. Waste in the form of calcium silicate (see reaction 4) in an amount of up to 0.6 tons per operation is used as filler (30%) of concrete mix (2.0 tons) in the manufacture of building blocks, which eliminates the formation of dumps and gives an additional economic effect .

Сравнение предлагаемого изобретения с традиционной технологией показывает, что, помимо радикального повышения уровня экологической и пожарной безопасности, имеет место снижение себестоимости основного продукта на 30-40%. Comparison of the invention with traditional technology shows that, in addition to a radical increase in the level of environmental and fire safety, there is a decrease in the cost of the main product by 30-40%.

Claims (4)

1. Способ передела рудного сырья, содержащего соединения легкоплавких металлов или металлоидов, заключающийся в том, что измельченное рудное сырье смешивают с порошком сплавов железа, содержащих 45-75% кремния, компактируют смесь в брикеты, которые послойно загружают в вакуумную индукционную печь, при этом между слоями размещают фрагменты из магнитопроводящих металлов, после чего осуществляют герметизацию печи и ее вакуумирование при остаточных давлениях от 0,1 до 1,0 мм рт. ст. и проводят вакуумное силикотермическое восстановление рудного сырья в процессе контактного прогрева брикетов от фрагментов из магнитопроводящих металлов, нагреваемых токами Фуко до температур, обеспечивающих максимальную скорость испарения легкоплавкого продукта без перегрева его паров, после завершения восстановления конденсат легкоплавкого продукта расплавляют с получением литой заготовки, а рудный остаток извлекают из печи. 1. The method of redistribution of ore raw materials containing compounds of low-melting metals or metalloids, which consists in the fact that the crushed ore raw materials are mixed with a powder of iron alloys containing 45-75% silicon, compact the mixture into briquettes, which are layer by layer loaded into a vacuum induction furnace, while fragments of magnetically conductive metals are placed between the layers, after which the furnace is sealed and evacuated at residual pressures of 0.1 to 1.0 mm Hg. Art. and vacuum silicothermal reduction of the ore material is carried out during contact heating of the briquettes from fragments of magnetically conductive metals heated by Foucault currents to temperatures ensuring the maximum rate of evaporation of the low-melting product without overheating of its vapor, after completion of the recovery, the condensate of the low-melting product is melted to obtain a cast billet, and the ore residue removed from the oven. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что фрагменты из магнитопроводящих металлов используют в количестве 20-40% от массы шихты. 2. The method according to p. 1, characterized in that fragments of magnetically conductive metals are used in an amount of 20-40% by weight of the mixture. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют расплавление конденсата легкоплавкого продукта в инертной среде при нагреве до температуры, на 10-15% превышающей температуру плавления легкоплавкого продукта. 3. The method according to p. 1, characterized in that the condensate is melted of the low-melting product in an inert medium when heated to a temperature 10-15% higher than the melting temperature of the low-melting product. 4. Устройство для передела рудного сырья, содержащего соединения легкоплавких металлов или металлоидов, содержащее вакуумную индукционную печь с днищем, установленным с возможностью перемещения относительно направляющих стоек блока приема рудных остатков и герметично сочлененным с корпусом вакуумной индукционной печи с помощью жидкометаллического затвора, и конденсатор, установленный над корпусом вакуумной индукционной печи с возможностью перемещения и поворота относительно корпуса вакуумной индукционной печи и герметичной вспомогательной емкости, снабженной изложницей и внешним нагревателем, и герметично сочлененный с ними с помощью жидкометаллических затворов, причем все жидкометаллические затворы содержат среду с температурой плавления 90-130oС.4. A device for the redistribution of ore raw materials containing compounds of fusible metals or metalloids, containing a vacuum induction furnace with a bottom mounted to move relative to the guide racks of the ore residue receiving unit and hermetically coupled to the housing of the vacuum induction furnace using a liquid metal shutter, and a capacitor installed above the casing of the vacuum induction furnace with the ability to move and rotate relative to the casing of the vacuum induction furnace and a sealed auxiliary burning capacity, equipped with a mold and an external heater, and hermetically articulated with them using liquid metal gates, and all liquid metal gates contain a medium with a melting point of 90-130 o C.
RU2002132247A 2002-12-02 2002-12-02 Method of refining ore raw material and device for realization of this method RU2215050C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002132247A RU2215050C1 (en) 2002-12-02 2002-12-02 Method of refining ore raw material and device for realization of this method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002132247A RU2215050C1 (en) 2002-12-02 2002-12-02 Method of refining ore raw material and device for realization of this method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2215050C1 true RU2215050C1 (en) 2003-10-27

Family

ID=31989507

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002132247A RU2215050C1 (en) 2002-12-02 2002-12-02 Method of refining ore raw material and device for realization of this method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2215050C1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101805833A (en) * 2010-05-14 2010-08-18 包头市兵科硅镁材料工程技术研究中心有限责任公司 Magnesium smelting reduction pot and preparation method thereof
RU2488639C1 (en) * 2012-02-28 2013-07-27 Дильшат Файзиевич Ракипов Method for silicothermic magnesium production
CN104561601A (en) * 2015-01-01 2015-04-29 江西省中镁装备有限公司 Magnesium smelting device in vacuum high-temperature liquid state, and magnesium smelting method
CN111270088A (en) * 2020-02-10 2020-06-12 中国恩菲工程技术有限公司 System and method for continuously smelting magnesium by induction heating liquid stirring
CN114293014A (en) * 2021-12-16 2022-04-08 西安交通大学 Silicon carbide-free thermal reduction magnesium metallurgy device and method
CN114657308A (en) * 2022-03-31 2022-06-24 鞍钢股份有限公司 Method for manufacturing ultrapure iron
WO2024000703A1 (en) * 2022-06-29 2024-01-04 李勇 Electromagnetic induction internal heating magnesium vacuum reduction furnace capable of realizing drawer-type deslagging

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101805833A (en) * 2010-05-14 2010-08-18 包头市兵科硅镁材料工程技术研究中心有限责任公司 Magnesium smelting reduction pot and preparation method thereof
CN101805833B (en) * 2010-05-14 2011-09-28 包头市兵科硅镁材料工程技术研究中心有限责任公司 Magnesium smelting reduction pot and preparation method thereof
RU2488639C1 (en) * 2012-02-28 2013-07-27 Дильшат Файзиевич Ракипов Method for silicothermic magnesium production
CN104561601A (en) * 2015-01-01 2015-04-29 江西省中镁装备有限公司 Magnesium smelting device in vacuum high-temperature liquid state, and magnesium smelting method
CN111270088A (en) * 2020-02-10 2020-06-12 中国恩菲工程技术有限公司 System and method for continuously smelting magnesium by induction heating liquid stirring
CN111270088B (en) * 2020-02-10 2023-10-13 中国恩菲工程技术有限公司 System and method for continuously smelting magnesium by liquid stirring through induction heating
CN114293014A (en) * 2021-12-16 2022-04-08 西安交通大学 Silicon carbide-free thermal reduction magnesium metallurgy device and method
CN114293014B (en) * 2021-12-16 2022-09-27 西安交通大学 Silicon carbide-free thermal reduction magnesium metallurgy device and method
CN114657308A (en) * 2022-03-31 2022-06-24 鞍钢股份有限公司 Method for manufacturing ultrapure iron
WO2024000703A1 (en) * 2022-06-29 2024-01-04 李勇 Electromagnetic induction internal heating magnesium vacuum reduction furnace capable of realizing drawer-type deslagging

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4216010A (en) Aluminum purification system
WO2005103309A1 (en) Metallothermic process for magnesium production and vacuum-induction furnace thereto
RU2215050C1 (en) Method of refining ore raw material and device for realization of this method
US20060123952A1 (en) Process and apparatus for extracting zinc
US4169722A (en) Aluminothermic process
US2920951A (en) Process for the continuous production of easily vaporizable metals
US2782116A (en) Method of preparing metals from their halides
US4419126A (en) Aluminum purification system
RU2406767C1 (en) Procedure for metal-thermal metal and alloy melting
US3000726A (en) Production of metals
Abdellatif Review of the development work on the Mintek thermal magnesium process (MTMP)
Yang et al. Kinetics of isothermal reduction of MgO with Al
US4498927A (en) Thermal reduction process for production of magnesium using aluminum skim as a reductant
US1954552A (en) Basic refractory amd method of
US3403213A (en) Electric furnace having refractory brick of specific composition in the critical wear areas
US4238223A (en) Method of extracting magnesium from magnesium oxides
US3918959A (en) Process for production of magnesium
CA1075475A (en) Aluminothermic process
RU111537U1 (en) MAGNESIUM PRODUCTION MODULE
AU703821B2 (en) Process for reduction of metal oxide to metal and apparatus and composite for use in the process
US4238224A (en) Continuous extraction of magnesium from magnesium oxides
CA1115966A (en) Method of extracting magnesium from magnesium oxides
SU1002378A1 (en) Method for processing pyrite cynders
JPS591777B2 (en) Aluminum reduction smelting method
US3427152A (en) Production of magnesium by thermal treatment of magnesium oxide utilizing countercurrently flowing hot inert gas

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20041203